水杉属在中生代白垩纪和新生代约有6-7种，过去认为早已绝灭，1941年中国植物学者在湖北利川谋道镇（当时四川万县磨刀溪）首次发现这一闻名中外古老珍稀孑遗树种。据近年调查，重庆万州、重庆石柱县、湖北利川和湖南龙山、桑植均发现300余年的巨树。

侧生小枝排成羽状，长4-15厘米，冬季凋落；主枝上的冬芽卵圆形或椭圆形，顶端钝，长约4毫米，径3毫米，芽鳞宽卵形，先端圆或钝，长宽几相等，约2-2.5毫米，边缘薄而色浅，背面有纵脊。

球果下垂，近四棱状球形或矩圆状球形，成熟前绿色，熟时深褐色，长1.8-2.5厘米，径1.6-2.5厘米，梗长2-4厘米，其上有交对生的条形叶；

种鳞木质，盾形，通常11-12对，交叉对生，鳞顶扁菱形，中央有一条横槽，基部楔形，高7-9毫米，能育种鳞有5-9粒种子；种子扁平，倒卵形，间或圆形或矩圆形，周围有翅，先端有凹缺，长约5毫米，径4毫米；

在欧洲、北美、和东亚，从晚白垩至新世的地层中均发现过水杉化石，二十世纪四十年代中国的植物学家在湖北、四川交界的谋道溪（磨刀溪）发现了幸存的水杉巨树，树龄约400余年。

后在湖北利川县水杉坝与小河发现了残存的水杉林，胸径在20厘米以上的有5000多株，还在沟谷与农田里找到了数量较多的树干和伐兜。随后，又相继在四川石柱县冷水与湖南龙山县珞塔、塔泥湖发现了200~300年以上的大树。